JP2006005190A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、埋込配線の主配線材料として銅を主成分とする導体膜を用いる半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a conductor film containing copper as a main component as a main wiring material for embedded wiring.
近年、LSIの高集積化、高速化を目的としたトランジスタの微細化に伴って、配線の信号遅延が顕在化してきており、これに伴い、配線抵抗の低減と配線間容量の低減とが望まれている。そこで、配線抵抗の低減のため、配線材料として従来のアルミニウム合金よりも低抵抗で、マイグレーション耐性に優れた銅(Cu)を用いた銅配線技術が開発されつつある。また、配線間容量を低減するために、層間絶縁膜材料としては低誘電率絶縁膜の適用が検討されている。 In recent years, with the miniaturization of transistors for the purpose of higher integration and higher speed of LSI, signal delay of wiring has become apparent, and accordingly, reduction of wiring resistance and reduction of capacitance between wiring are desired. It is rare. Therefore, in order to reduce the wiring resistance, a copper wiring technique using copper (Cu), which is lower in resistance than conventional aluminum alloys and excellent in migration resistance, is being developed as a wiring material. Further, in order to reduce the capacitance between wirings, application of a low dielectric constant insulating film as an interlayer insulating film material has been studied.
これらの銅配線構造は埋込配線技術によって形成される。埋込配線技術は、例えば次の通りである。まず、絶縁膜に配線溝や孔等のような配線開口部を形成した後、その配線開口部内を含む絶縁膜上に導電性バリア膜および銅を主成分とする導体膜を下方から順に堆積する。続いて、化学機械研磨法等によって余分な導体膜および導電性バリア膜を研磨することにより、配線開口部内に埋込配線を形成する。その後、洗浄処理を施した後、その絶縁膜および埋込配線の上面上に、例えば窒化シリコン膜等からなる拡散防止絶縁膜を形成する。その後、拡散防止絶縁膜上面上に低誘電率膜を堆積する。 These copper wiring structures are formed by embedded wiring technology. The embedded wiring technology is, for example, as follows. First, after forming a wiring opening such as a wiring groove or a hole in the insulating film, a conductive barrier film and a conductor film mainly composed of copper are sequentially deposited from below on the insulating film including the inside of the wiring opening. . Subsequently, the buried conductor is formed in the wiring opening by polishing the excess conductor film and the conductive barrier film by a chemical mechanical polishing method or the like. Thereafter, after performing a cleaning process, a diffusion preventing insulating film made of, for example, a silicon nitride film is formed on the insulating film and the upper surface of the embedded wiring. Thereafter, a low dielectric constant film is deposited on the upper surface of the diffusion preventing insulating film.
しかしCu配線構造の開発過程において予想外にストレスマイグレーションに弱いことが明らかとなり、銅配線内やビア内部にストレスマイグレーションによるボイドが形成されることが懸念され、以下の技術が開示されている。 However, in the course of developing the Cu wiring structure, it has been revealed that it is unexpectedly vulnerable to stress migration, and there are concerns about the formation of voids due to stress migration in copper wiring and vias, and the following techniques are disclosed.
例えば、特開2003−303880号公報には、上層配線とビアとの接続部分の応力を緩和するために、層間絶縁膜を積層構造とする技術が開示されている(ビア内部のストレスマイグレーションを防止する技術)。
さらに、例えば、特開2003−257979号公報には、配線用の銅中に不純物原子を添加する技術が開示されている(銅配線のストレスマイグレーションを防止する技術)。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-303880 discloses a technique in which an interlayer insulating film has a stacked structure in order to relieve stress at a connection portion between an upper wiring and a via (prevents stress migration inside the via). Technology).
Further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-257879 discloses a technique of adding impurity atoms into copper for wiring (technology for preventing stress migration of copper wiring).
しかし、上記の銅配線構造を有する半導体装置においては、配線間を接続するビアホールの下部の配線において、ストレスマイグレーション不良が発生する問題がある。この問題は、ビアホール径が小さい場合に特に顕著である。これにより、ビアホール下部付近の配線部においてボイドが発生し、配線抵抗が増大したり断線不良が生じることが懸念されている。 However, in the semiconductor device having the above-described copper wiring structure, there is a problem that stress migration failure occurs in the wiring under the via hole connecting the wiring. This problem is particularly noticeable when the via hole diameter is small. As a result, voids are generated in the wiring portion near the lower portion of the via hole, and there is a concern that the wiring resistance increases or disconnection failure occurs.
そこで、本発明の目的は、銅を主構成材料とする配線構造において、ストレスマイグレーションによるボイドの発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device that suppresses the generation of voids due to stress migration in a wiring structure that uses copper as a main constituent material.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
上記の目的は、半導体基板上の絶縁膜上に形成される多層配線構造において、主構成材料が銅からなる第1の配線の上面に接するように、下から順にバリア性が高く、かつ圧縮応力を有する第1の絶縁膜、引張応力を有する第2の絶縁膜、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜よりも誘電率の低い第3の絶縁膜が少なくとも積層されており、前記第1の絶縁膜、前記第2の絶縁膜、および前記第3の絶縁膜を貫通し前記第1の配線に接するようにビアが設けられ、ビアを介して第2の配線が接続されている配線構造とすることにより達成される。 In the multilayer wiring structure formed on the insulating film on the semiconductor substrate, the above-mentioned object has a high barrier property in order from the bottom and compressive stress so that the main constituent material is in contact with the upper surface of the first wiring made of copper. At least a first insulating film having a tensile stress, a second insulating film having a tensile stress, and a third insulating film having a dielectric constant lower than that of the second insulating film. Vias are provided through the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film so as to be in contact with the first wiring, and the second wiring is connected through the vias. This is achieved by using a wiring structure.
上記において、好ましくは、前記第1の絶縁膜の膜厚が、前記第2の絶縁膜の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
上記において、好ましくは、前記第1の絶縁膜のヤング率が前記第2の絶縁膜のヤング率よりも大きく、なおかつ前記第1の絶縁膜の膜厚が、前記第2の絶縁膜の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
上記において、好ましくは、前記第2の絶縁膜がバリア性の高い絶縁膜であることを特徴とする。
上記において、好ましくは、前記第1の絶縁膜が少なくとも窒素原子を含む絶縁膜からなることを特徴とする。
上記において、好ましくは、前記第3の絶縁膜が引張応力を有する低誘電率絶縁膜であることを特徴とする。
In the above, preferably, the film thickness of the first insulating film is smaller than the film thickness of the second insulating film.
In the above, preferably, the Young's modulus of the first insulating film is larger than the Young's modulus of the second insulating film, and the film thickness of the first insulating film is equal to the film thickness of the second insulating film. It is characterized by being smaller than.
In the above, preferably, the second insulating film is an insulating film having a high barrier property.
In the above, preferably, the first insulating film is made of an insulating film containing at least nitrogen atoms.
In the above, preferably, the third insulating film is a low dielectric constant insulating film having a tensile stress.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明によれば、銅を主構成材料とした金属膜からなる配線において、ビアホール底部付近の応力勾配を低減することができ、これによりストレスマイグレーションによるボイドの発生を抑制できるため、信頼性の高い半導体装置が提供される。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, in a wiring made of a metal film containing copper as a main constituent material, it is possible to reduce the stress gradient near the bottom of the via hole, thereby suppressing the generation of voids due to stress migration, and thus high reliability. A semiconductor device is provided.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
まず、本発明における第1の実施形態を図1により説明する。本実施形態による半導体装置の主要部の断面構造を図1に示す。
(Embodiment 1)
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the present embodiment.
図1に示す本実施形態1の半導体装置においては、半導体基板として例えば単結晶シリコンからなるシリコン基板1の主面(素子形成面,回路形成面)にトランジスタが形成されており、前記トランジスタは、例えばゲート絶縁膜3、ゲート電極4および拡散層(図示せず)等で構成されている。それぞれのトランジスタは、酸化シリコンや窒化シリコンなどからなる素子分離膜2によって素子分離されている。また、前記ゲート電極4および、拡散層上面にはシリサイド7が形成されている。
In the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1, a transistor is formed on a main surface (element formation surface, circuit formation surface) of a silicon substrate 1 made of, for example, single crystal silicon as a semiconductor substrate. For example, the gate insulating film 3, the gate electrode 4, a diffusion layer (not shown), and the like are included. Each transistor is isolated by an
前記ゲート絶縁膜3は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、五酸化タンタル等の誘電体膜あるいはこれらの積層構造からなり、例えば化学気相蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成される。また、前記ゲート電極4は、例えば多結晶シリコン膜や金属膜、シリコンゲルマニウム膜あるいは金属シリサイド膜あるいはこれらの積層構造からなり、例えば、化学気相蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成される。
前記ゲート絶縁膜3、ゲート電極4、シリサイド7の側壁には酸化シリコンや窒化シリコン等からなるサイドウォール6が形成されている。
The gate insulating film 3 is made of, for example, a dielectric film such as silicon oxide, silicon nitride, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum pentoxide, or a laminated structure thereof. For example, chemical vapor deposition or sputtering is used. Formed using. The gate electrode 4 is made of, for example, a polycrystalline silicon film, a metal film, a silicon germanium film, a metal silicide film, or a laminated structure thereof, and is formed using, for example, a chemical vapor deposition method or a sputtering method.
Side walls 6 made of silicon oxide, silicon nitride, or the like are formed on the side walls of the gate insulating film 3, the gate electrode 4, and the silicide 7.
前記トランジスタを含むシリコン基板1の主面の上部全面は、絶縁膜8で覆われている。ここで、絶縁膜8は、例えば低誘電絶縁膜(SiOC、SiOFもしくはSiOCやSiO2のポーラス材料等)やBPSG(Boron−doped Phospho Silicate Glass)膜やSOG(Spin On Glass)膜、あるいはテトラエトキシシランを原料としたCVD法により形成した酸化シリコン膜(以下TEOS(Tetra-Ethoxy-Silicate)膜という)、あるいは化学気相蒸着法やスパッタ法で形成したシリコン酸化膜や窒化膜等からなる。あるいは、これらの積層構造からなる。絶縁膜であれば、これに限定されるものではない。
The entire upper surface of the main surface of the silicon substrate 1 including the transistor is covered with an
さらに、前記絶縁膜8の上面には、第1の線間絶縁膜9が形成されている。前記第1の線間絶縁膜9は、前記絶縁膜8と同様、低誘電絶縁膜(SiOC、SiOFもしくはSiOCやSiO2のポーラス材料等)やBPSG膜やSOG膜、TEOS膜、あるいは化学気相蒸着法やスパッタ法で形成したシリコン酸化膜や窒化膜等からなる。あるいは、これらの積層構造からなる。絶縁膜であれば、これに限定されるものではない。
Further, a first inter-line
例えば、第1の線間絶縁膜9を、下層から順にTEOS膜、低誘電絶縁膜、TEOS膜の積層構造とすることによって、これらの低誘電率絶縁膜の機械的強度を確保することができる。しかし、もちろんTEOS膜の代わりに、前述のCVD法を用いて形成した低誘電絶縁膜を用いてもよい。
For example, when the first inter-line
前記第1の線間絶縁膜9には、配線を形成するための配線溝10が形成されている。前記配線溝10内には、例えば下から順にスパッタ法により形成された窒化タンタル膜(TaN)およびタンタル膜(Ta)を含むバリア膜11が設けられている。このバリア膜11の形成方法としては、CVD法を用いてもよいし、また、スパッタ法の一種であるイオン化スパッタ法を用いてもよい。このイオン化スパッタ法は、バリア膜を構成する金属をイオン化し、さらに、基板にバイアスを印加することによって、金属イオンに指向性を持たせるものであり、微細な溝の内部においても被覆性良く膜を堆積させることができる。
A
バリア膜11としては、前述のTaNおよびTaとの積層膜に限定されるものではなく、例えば、Ta、TaN、TaSiN、W、窒化タングステン(WN)、WSiN、Ti、TiNもしくはTiSiNからなる単層膜や、これらの積層膜を用いても良い。また、バリア膜11として、Ru、Tiを添加したRuからなる単層膜や、RuとTiNの積層膜、RuとTaNの積層膜を用いてもよい。バリア膜11としてRuを用いた場合には、RuとCuとの密着性を向上させ、マイグレーションを防止する効果もさらに得られる。
The
次いで、前記配線溝10内のバリア膜11上には、第1の銅配線12が形成されている。前記第1の銅配線12は、例えば、電界メッキ用のシード膜とめっき膜の積層からなる。シード膜は例えばイオン化スパッタ法などのスパッタ法を用いて形成する。
Next, a
シリコン基板1の主面に形成された拡散層と、シリコン基板1の主面上に形成された第1の銅配線12とは、前記絶縁膜8に設けられたコンタクトプラグ5を介して、電気的に接続されている。
The diffusion layer formed on the main surface of the silicon substrate 1 and the
次に、前記第1の線間絶縁膜9、および第1の銅配線12の上面には、拡散防止絶縁膜13が形成されている。拡散防止絶縁膜13は、銅原子が層間絶縁膜中に拡散するのを防止するためのバリア膜として形成されている。ここで、前記拡散防止絶縁膜13は、銅の拡散に対するバリア性が酸化シリコンより高く、かつ圧縮応力を有する絶縁膜である。
Next, a diffusion
ここで、前記配線拡散防止絶縁膜13として、例えばSiN膜(窒化シリコン膜)、SiON(酸窒化シリコン膜)、SiC膜(炭化シリコン膜)もしくはSiCN膜(炭窒化シリコン膜)等を用いてもよい。
Here, for example, a SiN film (silicon nitride film), a SiON (silicon oxynitride film), a SiC film (silicon carbide film), a SiCN film (silicon carbonitride film) or the like may be used as the wiring diffusion preventing insulating
さらに、前記拡散防止絶縁膜13の上面には、第1の層間絶縁膜14が形成されている。ここで、前記第1の層間絶縁膜14は、引張応力を有する膜である。
さらに、前記第1の層間絶縁膜14の上面には、第2の層間絶縁膜15が形成されている。
Further, a first
Further, a second
ここで、前記第2の層間絶縁膜15は、例えば低誘電率絶縁膜である。低誘電率絶縁膜は、例えば、SiOCを主成分とする膜、あるいはSiOFを主成分とする膜、SiCを主成分とする膜や、芳香族炭化水素構造の有機ポリマー膜(CとHを含有する膜)や、上記各種膜やSiO2(酸化シリコン膜)等の膜中に空孔を導入(ポーラス化)することにより誘電率を下げることができる。これらの膜は、CVD法を用いて形成することができる。さらに低誘電率絶縁膜は、例えば芳香族ポリマー材料を塗布し、熱処理を施すことにより形成することができる。また、低誘電絶縁膜として、有機系のシリカガラスを用いてもよい。この場合も、材料を塗布した後熱処理を施す。この有機系のシリカガラスの組成は、主にSiOCHである。また、他の有機ポリマー材料や、上記の各種材料に空孔を導入した材料を用いることもできる。
Here, the second
このような低誘電絶縁膜の誘電率は、酸化シリコン膜(例えば、TEOS膜)より低く(誘電率が3.7以下であり)、その結果、配線間の寄生容量が低減されるため半導体装置の動作の高速化を図ることができる。 The dielectric constant of such a low dielectric insulating film is lower than that of a silicon oxide film (for example, TEOS film) (dielectric constant is 3.7 or less), and as a result, the parasitic capacitance between wirings is reduced, so that the semiconductor device The speed of the operation can be increased.
次に、前記第2の層間絶縁膜15の上面には、第2の線間絶縁膜16が形成されている。
ここで、前記第2の線間絶縁膜16は、前記第1の線間絶縁膜9と同様に、例えば低誘電絶縁膜(SiOC、SiOFもしくはSiOCやSiO2のポーラス材料等)やBPSG膜やSOG膜、TEOS膜、あるいは化学気相蒸着法やスパッタ法で形成したシリコン酸化膜や窒化膜等からなる。あるいは、これらの積層構造からなる。絶縁膜であれば、これに限定されるものではない。
Next, a second
Here, like the first
前記第2の線間絶縁膜16、前記第2の層間絶縁膜15、前記第1の層間絶縁膜14、および前記拡散防止絶縁膜13、を貫通するように、ビアホール(接続孔)17bおよび配線溝17aが形成されている。ビアホール17bは、第1の銅配線12と配線溝17aとの間に配置されており、第2の層間絶縁膜15、第1の層間絶縁膜14及び拡散防止絶縁膜13を貫通し、かつ配線溝17a及び第1の銅配線12に連なっている。
Via holes (connection holes) 17b and wirings so as to penetrate the second
前記ビアホール17bおよび配線溝17a内には、例えば下から順にスパッタ法により形成された窒化タンタル膜(TaN)およびタンタル膜(Ta)を含むバリア膜18が設けられている。このバリア膜18の形成方法としては、CVD法を用いてもよいし、また、スパッタ法の一種であるイオン化スパッタ法を用いてもよい。このイオン化スパッタ法は、バリア膜を構成する金属をイオン化し、さらに、基板にバイアスを印加することによって、金属イオンに指向性を持たせるものであり、微細な溝の内部においても被覆性良く膜を堆積させることができる。
In the via
前記バリア膜18としては、前述のTaNおよびTaとの積層膜に限定されるものではなく、例えば、Ta、TaN、TaSiN、W、窒化タングステン(WN)、WSiN、Ti、TiNもしくはTiSiNからなる単層膜や、これらの積層膜を用いても良い。また、バリア膜18として、Ru、Tiを添加したRuからなる単層膜や、RuとTiNの積層膜、RuとTaNの積層膜を用いてもよい。バリア膜18としてRuを用いた場合には、RuとCuとの密着性を向上させ、マイグレーションを防止する効果もさらに得られる。
The
次いで、前記ビアホール17bおよび配線溝17a内の前記バリア膜18上には、主構成材料が銅膜からなるビア19、および第2の銅配線20が形成されている。前記ビア19、および第2の銅配線20は、例えば、電界メッキ用のシード膜とめっき膜の積層からなる。シード膜は例えばイオン化スパッタ法などのスパッタ法を用いて形成する。
ここで、ビア19とは、銅配線20の一部からなり、銅配線20と下層の銅配線12とを電気的に接続するための部分である。
Next, a via 19 and a
Here, the via 19 is a portion for forming a part of the
次いで、前記第2の線間絶縁膜16、および第2の銅配線20の上面には、絶縁膜21、絶縁膜22などが形成されている。
その後、所望の工程により、半導体装置が完成される。
Next, an insulating
Thereafter, the semiconductor device is completed by a desired process.
本実施形態においては、2層配線構造の場合について説明したが、前記拡散防止絶縁膜13の層から前記第2の線間絶縁膜16までの層を形成する前述の工程を、必要な配線層分繰り返すことで多層配線構造を得ることができる。
本発明による配線構造は多層配線構造内において、少なくとも一層に使用されていればよく必ずしも全層に用いる必要はない。
In the present embodiment, the case of the two-layer wiring structure has been described. However, the above-described process of forming a layer from the layer of the diffusion preventing insulating
The wiring structure according to the present invention may be used in at least one layer in the multilayer wiring structure, and is not necessarily used in all layers.
ビア下部の配線におけるストレスマイグレーションはビア径が小さくなるほど加速されるため、多層配線構造において、最小ビア径が相対的に小さい、下層部分のビアが形成される層間絶縁膜部分にのみ、本発明による配線構造を適用することにより、工程数の増加を防ぐことができ、かつストレスマイグレーションによる抵抗上昇を防止することが可能である。 Since stress migration in the wiring under the via is accelerated as the via diameter becomes smaller, in the multilayer wiring structure, the present invention is applied only to the interlayer insulating film portion where the minimum via diameter is relatively small and the lower via is formed. By applying the wiring structure, it is possible to prevent an increase in the number of processes and to prevent an increase in resistance due to stress migration.
つぎに、上記構成の本実施形態1による半導体装置の作用効果を以下に説明する。従来の主構成材料が銅膜である配線においては、ビア下部においてストレスマイグレーションによってボイドが発生し、抵抗が増大することが懸念されていた。本願発明者らは、実験と解析により、ビア下部配線におけるボイドによる抵抗増大は、ビア下部銅膜応力勾配の増大によって加速されていることを明らかにした。 Next, operational effects of the semiconductor device according to the first embodiment having the above-described configuration will be described below. In a conventional wiring whose main constituent material is a copper film, there has been a concern that voids are generated due to stress migration in the lower portion of the via and resistance increases. The inventors of the present application have made it clear from experiments and analysis that the increase in resistance due to voids in the via lower wiring is accelerated by an increase in the stress gradient of the via lower copper film.
本願発明者らは、本発明者らは、主構成材料が銅からなる第1の配線の上面に第2の配線を接続するためのビアホールが形成された部分における絶縁膜構造の応力を抑制することにより、ビア下銅膜応力勾配を低減でき、ビア下配線ボイドによる抵抗増大を防止できることを見出した。 The inventors of the present application suppress the stress of the insulating film structure in the portion where the via hole for connecting the second wiring is formed on the upper surface of the first wiring whose main constituent material is copper. As a result, it has been found that the stress gradient of the copper film under the via can be reduced, and the increase in resistance due to the wiring void under the via can be prevented.
すなわち、前記拡散防止絶縁膜13が圧縮応力を有する場合には、前記第1の銅配線12はビアホール17bの側壁から圧縮の力を受け、ビア下付近の応力勾配が生じる。そこで、前記拡散防止絶縁膜13とは逆符号の引張応力を有する第1の層間絶縁膜を設けることにより、銅配線に作用する圧縮応力を低減でき、ビア下部に発生する応力勾配を低減することができる。これにより、ビア下部においてストレスマイグレーションによるボイドの成長が抑制され、抵抗上昇が防止される。したがって、信頼性の高い半導体装置が得られる。
That is, when the diffusion preventing insulating
この場合、前記拡散防止絶縁膜13の膜厚が、前記第1の層間絶縁膜14の膜厚よりも小さい方が好ましい。これは、銅配線の上面から離れるに従い、銅配線に及ぼす影響が小さくなるため、銅配線上に直接設けられる、拡散防止絶縁膜13よりも、さらにその上面に形成される第1の層間絶縁膜14の膜厚を厚くすることにより、より高い効果が得られる。
In this case, it is preferable that the film thickness of the diffusion preventing insulating
また、前記拡散防止絶縁膜13のヤング率が、前記第1の層間絶縁膜14のヤング率よりも大きい材料とすることが好ましい。これは、ヤング率が高い材料は原子間の結合が強く緻密な膜であるため、銅配線から銅原子が絶縁膜に拡散するのを防止する効果が高くなるためである。この場合には、前記拡散防止絶縁膜13の膜厚が、前記第1の層間絶縁膜14の膜厚よりも小さい方が好ましい。これは、前述した理由のほかに、ヤング率が小さいほど下の材料に作用する力が小さくなるため、拡散防止絶縁膜の圧縮応力の作用を抑制するには、前記拡散防止絶縁膜の膜厚よりも厚くした方がより高い効果が得られる。
The diffusion preventing insulating
また、前記第1の層間絶縁膜14を銅原子の拡散に対してバリア性の高い絶縁膜とすれば、前記拡散防止絶縁膜13の膜厚を薄くすることができる。圧縮応力を有する緻密な絶縁膜は誘電率が相対的に高くなる。したがって、圧縮応力を有する拡散防止絶縁膜上面に設ける第1の層間絶縁膜14を、前記拡散防止絶縁膜よりも誘電率が低く、かつ引張応力を有し、かつバリア性の高い絶縁膜とすることにより、配線間容量を低減する効果も得られる。第1の層間絶縁膜14の膜厚を、前記拡散防止絶縁膜よりも厚くすることにより、配線間容量を低減することができる。
Further, if the first
また、前記拡散防止絶縁膜13が、例えばSiCNやSiNなど、少なくとも窒素原子を含む絶縁膜とすることにより銅配線との密着性を向上することができ、銅配線と拡散防止絶縁膜界面でのはく離を防止する効果も得られる。
Further, the diffusion
また、前記第2の層間絶縁膜15が引張応力を有する低誘電率絶縁膜とすることにより、前記第1の層間絶縁膜14の引張応力と同じ向きの応力であるため、前記第1の層間絶縁膜14と前記第2の層間絶縁膜15との界面応力が低減され、この界面でのはく離を防止する効果も得られる。
In addition, since the second
なお、前記拡散防止絶縁膜13自体の圧縮応力を低減することによっても、第1の銅配線12に作用する圧縮応力を低減でき、ビア下部に発生する応力勾配を低減することができる。しかし、拡散防止絶縁膜13の応力を成膜条件などにより変化させると、膜の緻密性が損なわれ銅原子拡散のバリア性が低下することが懸念されるため、拡散防止絶縁膜はバリア性を考慮した膜質とする必要がある。したがって、応力の作用を抑制するための拡散防止絶縁膜13の上面に設けられる第1の層間絶縁膜14の膜応力を拡散防止絶縁膜13とは反対符号とすることにより、バリア性を低下させることなく、銅配線内のボイドの形成を抑制することができ、信頼性の高い銅配線構造を有する半導体装置が得られる。
Note that the compressive stress acting on the
(実施形態2)
次に、本発明における第2の実施形態を図2により説明する。図2は本実施形態による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第1の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the present embodiment, and the same reference numerals are given to the same parts as in the first embodiment.
図2に示す本実施形態2の半導体装置においては、第1の実施形態による図1の構造の、前記第2の層間絶縁膜15と前記第2の線間絶縁膜16の界面に、下層から順に絶縁膜23、絶縁膜24が設けられた構造となっている。その他の点はほぼ同一構造であり、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG. 2, from the lower layer to the interface between the second
なお、前記絶縁膜23は、低誘電率膜からなる前記第2の層間絶縁膜15のキャップ用の絶縁膜である。例えば、この絶縁膜23は、例えば二酸化シリコン(SiO2)に代表される酸化シリコン(SiOx)膜からなり、例えば化学機械研磨処理(CMP;Chemical Mechanical Polishing)時における、前記第2の層間絶縁膜15の機械的強度を確保することができ、また、表面保護および耐湿性の確保することが可能である。
The insulating
絶縁膜23の厚さは、前記第2の層間絶縁膜15よりも相対的に薄く、例えば25nm〜100nm程度、好ましくは、例えば50nm程度である。
The thickness of the insulating
前記絶縁膜23は、酸化シリコン膜に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば窒化シリコン(SixNy)膜、炭化シリコン(SiC)膜または炭窒化シリコン(SiCN)膜を用いても良い。
The insulating
絶縁膜24は、エッチングストッパ用の絶縁膜である。第2の線間絶縁膜16と絶縁膜24のエッチング選択比を大きくとることで、この絶縁膜24の表面でエッチングを一旦停止させた後、絶縁膜24を選択的にエッチング除去する。これにより、配線溝17aの形成深さ精度を向上させることができ、配線溝17aの掘り過ぎを防止できる。
The insulating
絶縁膜23の厚さは、前記第2の層間絶縁膜15よりも相対的に薄く、例えば25nm〜100nm程度、好ましくは、例えば50nm程度である。
The thickness of the insulating
(実施形態3)
次に、本発明における第3の実施形態を図3により説明する。図3は本実施形態3による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第1の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the third embodiment, and the same reference numerals are given to the same parts as those in the first embodiment.
図3に示す本実施形態3の半導体装置においては、第1の実施形態による図1の構造の、前記第2の層間絶縁膜15と前記第2の線間絶縁膜16の界面に、絶縁膜23のみが設けられた構造となっている。その他の点はほぼ同一構造であり、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG. 3, an insulating film is formed at the interface between the second
なお、前記絶縁膜23は、低誘電率膜からなる前記第2の層間絶縁膜15のキャップ用の絶縁膜である。例えば、この絶縁膜23は、例えば二酸化シリコン(SiO2)に代表される酸化シリコン(SiOx)膜からなり、例えば化学機械研磨処理(CMP;Chemical Mechanical Polishing)時における、前記第2の層間絶縁膜15の機械的強度を確保することができ、また、表面保護および耐湿性の確保することが可能である。
The insulating
絶縁膜23の厚さは、前記第2の層間絶縁膜15よりも相対的に薄く、例えば25nm〜150nm程度である。前記絶縁膜23は、酸化シリコン膜に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば窒化シリコン(SixNy)膜、炭化シリコン(SiC)膜または炭窒化シリコン(SiCN)膜を用いても良い。
The thickness of the insulating
図2に示した第2の実施形態における、エッチングストッパ用の絶縁膜としての機能も兼ねている。第2の実施形態における絶縁膜24を省略している分工程数を減らすことができる。
It also functions as an insulating film for the etching stopper in the second embodiment shown in FIG. The number of steps can be reduced by omitting the insulating
(実施形態4)
次に、本発明における第4の実施形態を図4により説明する。図4は本実施形態による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第1の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the present embodiment, and the same reference numerals are given to the common parts with the first embodiment.
図4に示す本実施形態4の半導体装置においては、第1の実施形態による図1の構造の、圧縮応力を有する拡散防止絶縁膜13に変わって、引張応力を有する拡散防止絶縁膜26が設けられている。なおかつ、図1の構造の、前記第1の層間絶縁膜14に変わって、圧縮応力を有する第1の層間絶縁膜27が設けられた構造となっている。その他の点は同一構造であり、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 4, a diffusion prevention insulating film 26 having tensile stress is provided instead of the diffusion
図4に示すように、第1の銅配線12の上面に設けられる前記拡散防止絶縁膜26が引張応力を有する場合には、前記第1の銅配線12はビアホール17bの側壁から引張の力を受け、ビア下付近の応力勾配が生じる。
As shown in FIG. 4, when the diffusion prevention insulating film 26 provided on the upper surface of the
そこで、前記拡散防止絶縁膜26とは逆符号の圧縮応力を有する第1の層間絶縁膜27を設けることにより、銅配線に作用する引張応力を低減でき、ビア下部に発生する応力勾配を低減することができる。これにより、ビア下部においてストレスマイグレーションによるボイドの成長が抑制され、抵抗上昇が防止される。したがって、信頼性の高い半導体装置が得られる。 Therefore, by providing the first interlayer insulating film 27 having a compressive stress opposite in sign to the diffusion preventing insulating film 26, the tensile stress acting on the copper wiring can be reduced, and the stress gradient generated in the lower portion of the via is reduced. be able to. This suppresses the growth of voids due to stress migration in the lower portion of the via, thereby preventing an increase in resistance. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
また、通常前記第1の銅配線12は引張応力を有するため、その上面に引張応力を有する拡散防止絶縁膜26を設けることにより、前記第1の銅配線12と前記拡散防止絶縁膜26との界面応力を低減することができ、ストレスマイグレーションを抑制する効果がさらに得られる。
Further, since the
また、引張応力を有する前記拡散防止絶縁膜26の膜厚が、圧縮応力を有する前記第1の層間絶縁膜27の膜厚よりも小さくすることにより、効果的に銅配線に生じる応力勾配を抑制できる。これは、銅配線の上面から離れるに従い、銅配線に及ぼす影響が小さくなるため、銅配線上に直接設けられる、拡散防止絶縁膜26よりよりも、さらにその上面に形成される第1の層間絶縁膜27の膜厚を厚くする必要があるためである。 Further, by making the film thickness of the diffusion preventing insulating film 26 having tensile stress smaller than the film thickness of the first interlayer insulating film 27 having compressive stress, the stress gradient generated in the copper wiring can be effectively suppressed. it can. This is because the influence on the copper wiring becomes smaller as the distance from the upper surface of the copper wiring becomes smaller. Therefore, the first interlayer insulation formed further on the upper surface of the diffusion prevention insulating film 26 provided directly on the copper wiring. This is because it is necessary to increase the film thickness of the film 27.
前記第1の層間絶縁膜27を銅原子の拡散に対してバリア性の高い絶縁膜とすれば、前記拡散防止絶縁膜26の膜厚をさらに薄くすることができる。これにより、ビア深さが同じ場合には、低誘電率絶縁膜からなる第2の層間絶縁膜15の膜厚を厚くすることができ、配線間容量を低減することが可能である。
If the first interlayer insulating film 27 is an insulating film having a high barrier property against the diffusion of copper atoms, the thickness of the diffusion preventing insulating film 26 can be further reduced. Thereby, when the via depth is the same, the thickness of the second
また、前記第1の層間絶縁膜27を銅原子の拡散に対してバリア性の高い絶縁膜とした場合、前記拡散防止絶縁膜26のヤング率が、前記第1の層間絶縁膜27のヤング率よりも小さい材料とし、引張応力を有する前記拡散防止絶縁膜26の膜厚を、圧縮応力を有する前記第1の層間絶縁膜27の膜厚よりも大きくすることにより、配線間容量を低減することができる。 When the first interlayer insulating film 27 is an insulating film having a high barrier property against the diffusion of copper atoms, the Young's modulus of the diffusion preventing insulating film 26 is the Young's modulus of the first interlayer insulating film 27. And reducing the inter-wiring capacitance by making the film thickness of the diffusion preventing insulating film 26 having tensile stress larger than the film thickness of the first interlayer insulating film 27 having compressive stress. Can do.
また、図2に示す実施形態2や図3に示す実施形態3に示した場合と同様に、本実施形態においても、前記第2の層間絶縁膜15と前記第2の線間絶縁膜16の界面に、絶縁膜23、および絶縁膜24の積層構造、あるいは絶縁膜23の単層が設けられた構造とした場合には、前記第2の層間絶縁膜15の機械的強度を確保することができ、また、表面保護および耐湿性の確保することが可能である。また、エッチングストッパ用の絶縁膜としての機能の効果が得られる。
Further, as in the case of the second embodiment shown in FIG. 2 and the third embodiment shown in FIG. 3, also in this embodiment, the second
(実施形態5)
次に、本発明における第5の実施形態を図5により説明する。図5は本実施形態による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第1の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the present embodiment, and the same reference numerals are given to the common parts with the first embodiment.
図5に示す本実施形態の半導体装置においては、第1の実施形態による図1の構造の、前記第1の銅配線12と前記拡散防止絶縁膜13の界面に、窒化銅層28が設けられた構造となっている。その他の点は同一構造であり、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 5, a
前記第1の銅配線12と前記拡散防止絶縁膜13の界面に、窒化銅層28を設けることにより、銅原子の絶縁膜中への拡散に対するバリア性を向上させることができ、さらに信頼性の高い半導体装置が得られる。
By providing the
また、窒化銅層28により銅原子の拡散に対するバリア性を確保することができるので、前記拡散防止絶縁膜13の膜厚を薄くすることができ、前記拡散防止絶縁膜13より誘電率の低い第2の層間絶縁膜の膜厚を、より厚くすることができ、配線間容量を低減することが可能である。
In addition, since the barrier property against the diffusion of copper atoms can be secured by the
図5における実施形態5においては、前記第1の銅配線12と前記拡散防止絶縁膜13の界面にのみ、窒化銅層28が設けられた場合について示したが、図6の実施形態6に示すように、前記第1の銅配線12とビア19との界面にも窒化銅層28を設けてもよい。
ただし、ビアと配線のコンタクト抵抗低減という観点では、前記第1の銅配線12と前記拡散防止絶縁膜13の界面にのみ、窒化銅層28が設けられた場合の方が好ましい。
In the fifth embodiment shown in FIG. 5, the case where the
However, from the viewpoint of reducing contact resistance between the via and the wiring, it is preferable that the
(実施形態7)
次に、本発明における第7の実施形態を図7により説明する。図7は本実施形態による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第2の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 7)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the present embodiment, and the same reference numerals are given to the common parts with the second embodiment.
図7に示す本実施形態7の半導体装置においては、第2の実施形態による図2の構造の、前記第1の銅配線12と前記拡散防止絶縁膜26の界面に、窒化銅層28が設けられた構造となっている。その他の点はほぼ同一構造であり、第2の実施形態と同様の効果が得られる。
In the semiconductor device of the seventh embodiment shown in FIG. 7, a
前記第1の銅配線12と前記拡散防止絶縁膜26の界面に、窒化銅層28を設けることにより、銅原子の絶縁膜中への拡散に対するバリア性を向上させることができ、さらに信頼性の高い半導体装置が得られる。
By providing the
また、窒化銅層28により銅原子の拡散に対するバリア性を確保することができるので、前記拡散防止絶縁膜26の膜厚を薄くすることができ、前記拡散防止絶縁膜26より誘電率の低い第2の層間絶縁膜15の膜厚を、より厚くすることができ、配線間容量を低減することが可能である。
In addition, since the barrier property against the diffusion of copper atoms can be secured by the
図7における実施形態7においては、前記第1の銅配線12と前記拡散防止絶縁膜26の界面にのみ、窒化銅層28が設けられた場合について示したが、前記第1の銅配線12とビア19との界面にも窒化銅層28が設けられてもよい。
ただし、ビアと配線のコンタクト抵抗低減という観点では、前記第1の銅配線12と前記拡散防止絶縁膜13の界面にのみ、窒化銅層21が設けられた場合の方が好ましい。
In the seventh embodiment in FIG. 7, the case where the
However, from the viewpoint of reducing the contact resistance between the via and the wiring, it is preferable that the
(実施形態8)
次に、本発明における第8の実施形態を図8により説明する。図8は本実施形態による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第2の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 8)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the present embodiment, and the same reference numerals are given to the common parts with the second embodiment.
図8に示す本実施形態8の半導体装置においては、第2の実施形態による図2の構造の、第2の層間絶縁膜15のすくなくとも一部に空間部29を設けた構造となっている。その他の点は同一構造であり、第2の実施形態と同様の効果が得られる。
また、層間絶縁膜の少なくとも一部に空間部29を設けることにより、配線間容量をさらに低減する効果も得られる。
The semiconductor device according to the eighth embodiment shown in FIG. 8 has a structure in which the
Further, by providing the
(実施形態9)
次に、本発明における第9の実施形態を図9により説明する。図9は本実施形態による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第8の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 9)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows the cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the present embodiment, and the same reference numerals are given to the common parts with the eighth embodiment.
図9に示す本実施形態の半導体装置においては、第8の実施形態による図8の構造の、空間部29が第2の層間絶縁膜15の層だけではなく、第1の層間絶縁膜14に設けた構造となっている。その他の点は同一構造であり、第8の実施形態と同様の効果が得られる。
また、第1の層間絶縁膜14にも空間部29を設けることにより、配線間容量を第8の実施形態よりもさらに低減する効果が得られる。
In the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 9, the
Also, by providing the
このようにビアが形成されるビアホール側壁に接する領域で、第1の銅配線12上に、圧縮応力を有する拡散防止絶縁膜13、引張応力を有する第1の層間絶縁膜14が積層された構造となっていれば、効果的に銅配線の応力勾配を抑制することができ、ボイドによる抵抗増大を防止することができる。
A structure in which the diffusion preventing insulating
(実施形態10)
次に、本発明における第10の実施形態を図10により説明する。図10は本実施形態10による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第8の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 10)
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the tenth embodiment, and the same reference numerals are given to the common portions with the eighth embodiment.
図10に示す本実施形態10の半導体装置においては、第8の実施形態による図8の構造の、第2の層間絶縁膜15が、その上面に絶縁膜23に食い込むように形成された構造となっている。その他の点は同一構造であり、第8の実施形態と同様の効果が得られる。
In the semiconductor device according to the tenth embodiment shown in FIG. 10, the second
また、第2の層間絶縁膜15が、その上面に絶縁膜23に食い込むように形成された構造とすることにより、前記第2の層間絶縁膜15と絶縁膜23との界面でのはく離を防止することができ、さらに信頼性の高い半導体装置が得られる。
Further, the second
(実施形態11)
次に、本発明における第11の実施形態を図11により説明する。図11は本実施形態11による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第10の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 11)
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows the cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the eleventh embodiment, and the same reference numerals are given to the common parts with the tenth embodiment.
図11に示す本実施形態11の半導体装置においては、第10の実施形態による図10の構造の、絶縁膜24がなく、絶縁膜23が低誘電率膜15の拡散防止絶縁膜とエッチングストッパ膜の両方の役割をするような構造となっている。その他の点は同一構造であり、第10の実施形態と同様の効果が得られる。
また、本実施形態においては、絶縁膜24を省略することにより、工程数を減少できるという効果も得られる。
In the semiconductor device according to the eleventh embodiment shown in FIG. 11, the diffusion prevention insulating film and the etching stopper film having the structure shown in FIG. It has a structure that plays both roles. Other points are the same structure, and the same effect as the tenth embodiment can be obtained.
In the present embodiment, the effect that the number of steps can be reduced can be obtained by omitting the insulating
(実施形態12)
次に、本発明における第12の実施形態を図12により説明する。図12は本実施形態12による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第11の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows a cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the twelfth embodiment, and the same reference numerals are given to the common portions with the eleventh embodiment.
図12に示す本実施形態の半導体装置においては、第11の実施形態による図11の構造の、空間部29が第1の層間絶縁膜14に食い込むように形成された構造となっている。その他の点は同一構造であり、第11の実施形態と同様の効果が得られる。
The semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 12 has a structure in which the
また、この場合、空間部29が第1の層間絶縁膜14に食い込むように形成された構造とすることにより、第1の層間絶縁膜14と第2の層間絶縁膜15との界面でのはく離を防止することができ、さらに信頼性の高い半導体装置が得られる。
In this case, the
(実施形態13)
次に、本発明における第13の実施形態を図13により説明する。図13は本実施形態による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第8の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 13)
Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows the cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the present embodiment, and the same reference numerals are given to the common parts with the eighth embodiment.
図13に示す本実施形態13の半導体装置においては、第8の実施形態による図8の構造の、空間部29がビアホール17bに隣接した構造となっている。その他の点は同一構造であり、第8の実施形態と同様の効果が得られる。
また、空間部29がビアホール17bに隣接した構造とすることにより、配線間容量をさらに低減する効果が得られる。
In the semiconductor device according to the thirteenth embodiment shown in FIG. 13, the
In addition, since the
このように、ビア19が形成されるビアホール17bの側壁に接する領域で、ビア19に隣接して空間部29が設けられる場合、第1の銅配線12上に設けられた、圧縮応力を有する拡散防止絶縁膜13によって発生する銅配線の応力勾配を抑制するためには、引張応力を有する第1の層間絶縁膜14が積層された構造とすることにより効果的に銅配線の応力勾配を抑制することができ、ボイドによる抵抗増大を防止することができる。
As described above, when the
(実施形態14)
次に、本発明における第14の実施形態を図14により説明する。図14は本実施形態14による半導体装置の主要部の断面構造を示しており、第1の実施形態と共通の部分には同一の符号を付している。
(Embodiment 14)
Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows a cross-sectional structure of the main part of the semiconductor device according to the fourteenth embodiment, and the same reference numerals are given to the common portions with the first embodiment.
図14に示す本実施形態14の半導体装置においては、第1の実施形態による図1の構造が、ビア19と第2の銅配線20が同じ銅膜で形成されたデュアルダマシン銅配線構造であったのに対し、シングルダマシンプロセスによって形成されたシングルダマシン銅配線構造となっている。ビア19と第2の銅配線20がバリア膜18を介して接合された構造となっている。この場合にも、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、その他の実施形態においても、デュアルダマシン銅配線構造の場合についてしめしたが、シングルダマシン銅配線構造とした場合でも同様の効果が得られる。
In the semiconductor device of the fourteenth embodiment shown in FIG. 14, the structure of FIG. 1 according to the first embodiment is a dual damascene copper wiring structure in which the via 19 and the
In the other embodiments, the dual damascene copper wiring structure is shown, but the same effect can be obtained even when the single damascene copper wiring structure is used.
なお、上記各実施形態に示した半導体装置は、これに限定されるものではなく、配線層数も2層に限定されるものではない。また、この半導体装置をDRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、あるいはマイコン等に使用することが可能である。 Note that the semiconductor devices described in the above embodiments are not limited to this, and the number of wiring layers is not limited to two. Further, this semiconductor device can be used for a DRAM (Dynamic Random Access Memory), an SRAM (Static Random Access Memory), a microcomputer, or the like.
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
1…シリコン基板、2…素子分離膜、3…ゲート絶縁膜、4…ゲート電極、5…コンタクトプラグ、6…サイドウォール、7…シリサイド膜、8…絶縁膜、9…第1の線間絶縁膜、10…配線溝、11…バリア膜、12…第1の銅配線、13…拡散防止絶縁膜、14…第1の層間絶縁膜、15…第2の層間絶縁膜、16…第2の線間絶縁膜、17a…配線溝、17b…ビアホール、18…バリア膜、19…ビア、20…第2の銅配線、21…絶縁膜、22…絶縁膜、23…絶縁膜、24…絶縁膜、25…絶縁膜、26…拡散防止絶縁膜、27…第1の層間絶縁膜、28…窒化銅層、29…空間部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Element isolation film, 3 ... Gate insulating film, 4 ... Gate electrode, 5 ... Contact plug, 6 ... Side wall, 7 ... Silicide film, 8 ... Insulating film, 9 ... 1st line insulation Membrane, 10 ... wiring trench, 11 ... barrier film, 12 ... first copper wiring, 13 ... diffusion preventing insulating film, 14 ... first interlayer insulating film, 15 ... second interlayer insulating film, 16 ... second Interline insulating film, 17a ... wiring groove, 17b ... via hole, 18 ... barrier film, 19 ... via, 20 ... second copper wiring, 21 ... insulating film, 22 ... insulating film, 23 ... insulating film, 24 ... insulating
Claims (13)
前記第1の配線上に設けられ、前記第1の配線の銅に対してバリア性を持つ第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に設けられ、前記第1の絶縁膜の膜応力に対して逆符号の応力を持つ第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上に設けられた第3の絶縁膜と、
前記第3乃至第1の絶縁膜を貫通して前記第1の配線上に設けられたビアと、
前記ビアを介して前記第1の配線に接続された第2の配線とを有することを特徴とする半導体装置。 A first wiring which is provided on a semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween and whose main constituent material is copper;
A first insulating film provided on the first wiring and having a barrier property against copper of the first wiring;
A second insulating film provided on the first insulating film and having a stress opposite in sign to the film stress of the first insulating film;
A third insulating film provided on the second insulating film;
A via provided on the first wiring through the third to first insulating films;
And a second wiring connected to the first wiring through the via.
前記第1の絶縁膜は、圧縮応力を有し、
前記第2の絶縁膜は、引張応力を有することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first insulating film has a compressive stress;
The semiconductor device, wherein the second insulating film has a tensile stress.
前記第1の絶縁膜は、引張応力を有し、
前記第2の絶縁膜は、圧縮応力を有することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first insulating film has a tensile stress,
The semiconductor device, wherein the second insulating film has a compressive stress.
前記第1の絶縁膜の膜厚は、前記第2の絶縁膜の膜厚よりも小さいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device is characterized in that the thickness of the first insulating film is smaller than the thickness of the second insulating film.
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜よりもヤング率が大きく、前記第2の絶縁膜よりも膜厚が小さいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the first insulating film has a Young's modulus greater than that of the second insulating film and is smaller than the thickness of the second insulating film.
前記第2の絶縁膜は、前記第1の配線の銅に対して酸化シリコン膜よりもバリア性が高い絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film is an insulating film having a higher barrier property than the silicon oxide film with respect to copper of the first wiring.
前記第3の絶縁膜は、前記第1及び第2の絶縁膜よりも誘電率が低い絶縁膜からなることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device is characterized in that the third insulating film is made of an insulating film having a lower dielectric constant than the first and second insulating films.
前記第1の絶縁膜は、少なくとも窒素原子を含む絶縁膜からなることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 or claim 3,
The semiconductor device, wherein the first insulating film is made of an insulating film containing at least nitrogen atoms.
前記第3の絶縁膜は、引張応力を有する低誘電率絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 or claim 3,
The semiconductor device, wherein the third insulating film is a low dielectric constant insulating film having a tensile stress.
前記第1の配線と前記第1の絶縁膜との間に、少なくとも一部が窒化された銅からなる層を有することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device comprising a layer made of copper at least partially nitrided between the first wiring and the first insulating film.
前記少なくとも一部が窒化された銅からなる層の厚さは、前記第1の絶縁膜の膜厚よりも小さいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10.
The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the at least partly nitrided copper layer is smaller than a thickness of the first insulating film.
前記第3の絶縁膜の少なくとも一部に空間部が設けられていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein a space is provided in at least a part of the third insulating film.
前記空間部は、前記ビアの側壁に隣接することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 12,
The semiconductor device, wherein the space portion is adjacent to a side wall of the via.
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